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全膜覆土穴播是黄土高原陇中旱作区小麦的主要栽培方式之一,但肥料一次基施,易造成作物生长后期脱肥,影响小麦水分生产潜力发挥。因此,优化养分管理模式来提高养分效率、实现水肥高效利用是当前旱地小麦高产高效栽培亟待解决的问题。目前,有关全膜覆土穴播小麦增产机制的研究主要集中在土壤水热效应及其对产量的影响方面,而从土壤水分—碳氮化学计量特征—光合作用的角度来研究全膜覆土穴播增产机制的研究较少。本文从化学计量学的角度,设置全膜覆土穴播+有机肥（PMO）、全膜覆土穴播（PMS）、裸地穴播（CK）三个处理,在陇中旱作区进行田间定位试验,研究不同处理春小麦生育期土壤水分、土壤碳氮及计量关系、光合生理生态指标变化,分析它们之间的相互关系及其对产量和水分利用效率的影响,为小麦养分高效管理提供理论指导。取得以下主要结果:⑴在全生育期,PMO处理0300 cm土层土壤贮水量分别较PMS和CK处理高1.30%13.55%和6.95%15.39%;灌浆期到成熟期PMS土壤贮水量低于CK,在成熟期较CK降低1.47%3.16%。表明PMO可降低旱地春小麦水分胁迫强度,促进春小麦增产稳产。⑵PMO在春小麦生育后期（灌浆期至成熟期）中下层（100300 cm）土壤贮水量高于PMS和CK;PMS处理则低于CK,表明PMO能够优化中下层土壤水分生境,降低土壤干层形成风险。PMO休闲效率较PMS和CK分别提高16.67%和63.49%,使播前土壤贮水量较PMS和CK分别提高5.70%和10.59%。说明PMO能更好的保蓄降水,减少连年地膜覆盖对半干旱区农田土壤水分平衡造成的负面影响。⑶经过两年定位试验,第二年播前PMO 0-30 cm土层平均土壤有机质（SOM）含量较PMS和CK提高58.68%和49.91%,PMS 0-50 cm土层平均土壤有机质含量较CK略有降低。全生育期,PMO 0-30 cm土层平均土壤有机碳（SOC）含量较PMS和CK提高50.04%和44.23%,PMS 0-30 cm土层土壤有机碳含量略低于CK;0-50 cm土层平均土壤速效氮（SAN）含量较PMS和CK提高131.96%和64.39%;PMS土壤速效氮含量较CK降低。PMO 30-50 cm土层土壤速效氮累积量显著盈余。表明地膜覆盖可能会降低耕层土壤有机质、有机碳和速效氮含量,增施有机肥可显著提高耕层土壤有机质含量,利于提升土壤水分和养分库容,但促使速效氮累积量盈余。⑷挑旗期至扬花期,PMO 0-30 cm土层土壤速效氮含量下降幅度较PMS和CK增加67.80%和201.62%,PMS在抽穗期至扬花期0-30 cm土层土壤速效氮含量下降幅度低于CK,表明PMO较PMS和CK为春小麦生长发育提供充足氮素,PMS可能在生长中后期氮素受限加剧。PMO在挑旗期至成熟期的0-30 cm土层土壤C/N（SOC/SAN）较PMS平均降低22.25%、0-10 cm土层土壤C/N较CK平均降低60.22%;抽穗期至灌浆期旗叶C/N较PMS和CK平均降低5.72%和23.73%。可见,PMO较PMS和CK可降低旱地春小麦生长发育过程中耕层土壤C/N,缓解春小麦与土壤对速效氮的竞争,减轻氮素限制作用,提高氮素供应能力,促进氮素向旗叶分配。⑸在全生育期,PMO较PMS和CK提高了叶片SAPD值和单株生物量分别降低了群体冠层温度。相比CK,PMO拔节期至灌浆期叶片净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率较PMS进一步增加,叶片水分利用效率降低。PMO和PMS较CK均显著提高春小麦的公顷穗数、穗粒数、千粒重,但PMO提高幅度更大;籽粒产量较PMS和CK分别提高9.11%和53.74%;水分利用效率较PMS和CK分别提高26.50%和59.22%。综合表明,PMO通过缓解旱地春小麦生长中受到的水分胁迫强度和氮素限制作用,增加叶片叶绿素含量,降低群体冠层温度,提高光合效率,进而促进春小麦干物质和籽粒固形物积累,优化产量构成要素,使产量和水分利用效率提高。